Durante a usinagem, a ferramenta é submetida a desgastes que dependem da forma da solicitação e duração da sua utilização. O desgaste é relativamente rápido e se deve sobretudo às solicitações térmicas e mecânicas elevadas (WEINGAERTNER & SCHROETER, 2002).
Para se poder aumentar a vida das ferramentas, é indispensável conhecer as causas dos desgastes (STEMMER, 2005). Os principais fatores causadores de desgaste são mostrados na Figura 2-46 e descritos logo em seguida:
Figura 2-46 Principais fatores causadores de desgaste em ferramentas de corte (WEINGAERTNER & SCHROETER, 2002).
Abrasão: É uma das principais causas de desgaste da ferramenta, na qual partículas da ferramenta são arrancadas à alta pressão e temperatura devido ao deslocamento com atrito
entre a ferramenta e a peça sendo usinada. Esse tipo de desgaste pode ser incentivado pela presença de partículas duras na peça e pela temperatura de corte que reduz a dureza da ferramenta. (STEMMER, 2005; DINIZ et al, 1999). Nos testes de torneamento de ferro fundido vermicular realizado por Xavier (2003), o maior causador de desgastes de flanco e de cratera nas ferramentas de metal-duro, cerâmica e de CBN foi o desgaste por abrasão.
Adesão: É a principal causa de formação de aresta postiça de corte. Sob alta pressão e temperatura, partículas provenientes da peça ou do cavaco caldeiam ao gume da ferramenta sendo removidas pelo movimento de corte e carregando junto consigo partículas da ferramenta de corte. (STEMMER, 2005; DINIZ et al, 1999).
Difusão: As moléculas que formam a estrutura da ferramenta se desprendem, fundindo-se e formando ligas menos resistentes e mais suscetíveis ao desgaste (STEMMER, 2005).
Oxidação: Quando o material da ferramenta apresenta afinidade com o oxigênio, sob altas temperaturas ocorre a formação de uma camada óxida em partes da ferramenta. Essa camada óxida pode ser removida pelo atrito entre a peça e a ferramenta, gerando a marca de desgaste (STEMMER, 2005; DINIZ et al, 1999).
Choques mecânicos: A ferramenta entra em contato de forma brusca com alguma outra parte da máquina-ferramenta ou da peça. Isso pode acarretar um lascamento ou quebra da ferramenta, ou até mesmo deformá-la (STEMMER, 2005).
Choques térmicos: a ferramenta sofre uma brusca variação de temperatura (em um curto intervalo de tempo), em geral por estar em uma alta temperatura e entrar em contato com uma peça de trabalho a uma temperatura muito mais baixa ou pelo uso de fluídos lubri- refrigerantes de forma intermitente (STEMMER, 2005).
A Figura 2-47 representa a ação de alguns dos mecanismos de desgaste descritos acima:
Figura 2-47 Representação da ação dos mecanismos de desgaste no contato entre a peça e a ferramenta (KONIG, 1997 citado por XAVIER, 2003).
O controle dessas causas de desgaste pode, muitas vezes, ser realizado pela seleção correta das condições de usinagem, principalmente do avanço e da profundidade de corte e também por outros fatores do processo de usinagem, como o uso de ferramentas revestidas e as características desse revestimento e a seleção do tipo do material da ferramenta a ser usada (DESCHAMPS, 2004).
Esses mecanismos levam a uma série de desgastes que limitam a vida útil de uma ferramenta. Dentre eles, pode-se citar: lascamento, desgaste de flanco e desgaste de cratera.
Lascamento: Representa uma falha acidental e prematura da ferramenta devido a solicitações térmicas ou mecânicas excessivas em seu gume. No lascamento, ao contrário dos outros tipos de desgaste, são retiradas de uma só vez partículas maiores da ferramenta. Esse tipo de desgaste ocorre com maior freqüência em ferramentas com materiais mais frágeis, como cerâmicas e ferramentas com aresta de corte pouco reforçada (STEMMER, 2005; DINIZ et al, 1999).
Desgaste de flanco (VB): Ocorre na superfície de folga e no flanco principal da ferramenta e é atribuído ao atrito entre a ferramenta e a peça sendo usinada e às altas temperaturas envolvidas nos processos de usinagem. Esse tipo de desgaste causa a piora do acabamento superficial da peça, devido à modificação da forma original da aresta de corte (DINIZ et al, 1999). A Figura 2-48 representa o desgaste de flanco em uma ferramenta de corte.
Figura 2-48 Representação do desgaste de flanco em uma ferramenta de corte ((a) SANDVIK, 2004 e (b) AMORIM, 2003).
Desgaste de cratera (KT): Forma-se na superfície de saída da ferramenta, em geral em virtude do atrito da ferramenta com o cavaco sendo retirado da peça. Quando o desgaste de cratera encontra o desgaste de flanco, gera o colapso da ferramenta de corte. Outro ponto a ser levado em consideração é que a cratera gerada pode constituir uma região de concentração de
tensões, sendo um causador de quebras de ferramentas (DINIZ et al, 1999; AMORIM, 2003). A Figura 2-49 representa o desgaste de cratera em uma ferramenta de corte.
Figura 2-49 Representação do desgaste de cratera em uma ferramenta de corte ((a) SANDVIK, 2004 e (b) AMORIM, 2003).
Na usinagem, os diferentes tipos de desgaste dependem da temperatura e da velocidade de corte. Enquanto o desgaste abrasivo é quase constante à variação de temperatura, o desgaste adesivo é mais forte em temperaturas mais baixas. Em altas temperaturas, os desgastes de difusão e de oxidação estão presentes (REUTER et al, 1999b; GASTEL et al, 2000; REUTER et al, 2002).
Como já visto, o ferro fundido vermicular é 33% mais abrasivo e 15 % mais adesivo que o ferro fundido cinzento. O efeito combinado desses desgastes reduz em aproximadamente 50% a vida da ferramenta de corte (REUTER et al, 1999b; REUTER et al, 2002).
O desgaste por difusão entre o ferro fundido cinzento e o vermicular foi estudado por Reuter et al (1999b), em que os ferros fundidos foram mantidos em contato com ferramentas de CBN em um forno com temperaturas variando de 700º C a 1050º C por 6 horas e em uma atmosfera contendo 99,99% de hélio puro. Essas temperaturas são as mesmas encontradas na usinagem dos ferros fundidos com altas velocidades de corte. Elementos como boro, titânio, tungstênio foram encontrados dispersos nos ferros fundidos, advindos das ferramentas de corte de CBN. A difusão ocorreu na temperatura mais alta para ambos os ferros fundidos, dessa forma, mostrando que não há uma diferença significativa entre eles.
Investigações por meio de gravimetria térmica mostraram a oxidação na fase ligante e nos grãos de CBN das ferramentas. Um ganho de massa no inserto devido à oxidação foi visto em temperaturas acima de 750º C em uma atmosfera contendo oxigênio. Aquecendo as ferramentas acima de 950º C com uma faixa de aquecimento de 300º K/h, os insertos tiveram um ganho de massa de 0,75 %. Os resultados apontam a oxidação da fase ligante do CBN na forma de dióxido de titânio (TiO2) chamado de rutilo e a presença de microtrincas nos locais
da oxidação. Essas microtrincas podem ser as responsáveis pelo início das altas taxas de desgaste (REUTER et al, 1999b; GASTEL et al, 2000; REUTER et al, 2002). A oxidação da fase ligante e as microtrincas podem ser observadas na Figura 2-50.
Figura 2-50 Oxidação da fase ligante na forma de rutile (TiO2) e o surgimento de micro- trincas no CBN (REUTER et al, 1999b, GASTEL et al, 1999, REUTER et al, 2002).
Quanto ao mecanismo de desgaste, que ocorre em ferramentas de corte cerâmicas, são poucos os trabalhos encontrados na literatura que abordam esse assunto. Entretanto, pode-se citar algumas pesquisas que estudaram os mecanismos de desgaste em cerâmicas de óxido de alumínio mistas na usinagem de aços alta liga. Esses resultados auxiliarão na discussão dos resultados obtidos com cerâmicas, na usinagem de ferro fundido vermicular.
Scuor et al (2005), realizou experimentos de usinagem de aço com uma ferramenta cerâmica de óxido de alumínio (Al2O3) comercial e analisou o seu mecanismo de desgaste.
Foi observada a ocorrência de desgaste de cratera devido ao fluxo do cavaco sobre a ferramenta de corte. Neste caso, o mecanismo de desgaste é devido ao comportamento plástico da alumina, induzido pelas altas temperaturas e forças de corte. Houve também ocorrência de desgaste de flanco e pequenos lascamentos na ferramenta, atribuídos às solicitações térmicas que ultrapassaram o limite de resistência à tração da ferramenta. A Figura 2-51 mostra o desgaste ocorrido na ferramenta de óxido de alumínio utilizada por Scuor et al (2005).
Figura 2-51 Imagem de MEV mostrando a deformação plástica no flanco e pequenos lascamentos indicados pela seta (Scuor et al, 2005).
Já Kumar et al (2006), usinando aço inox classe 410 com ferramentas cerâmica de óxido de alumínio reforçada com SiC (wiskers), observou que os principais mecanismos de desgaste apresentados foram adesão, abrasão, difusão, deformação plástica e fraturas. O desgaste de flanco foi devido ao atrito entre a ferramenta e a peça em altas temperaturas causando abrasão e adesão. Já no desgaste de cratera os mecanismos de desgaste presentes foram adesão, difusão e abrasão influenciados pela alta temperatura na região de contato entre cavaco e ferramenta e pela afinidade química entre ferramenta e material da peça.